石油化工工程“数字化”研究

王东方

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300450）

石油化工工程建设是一个复杂的系统工程，涉及建设单位、设计单位、施工单位、监理单位、供应商以及行政监督管理部门等众多单位且参与人员构成复杂，因而工程文档与施工同步、竣工文件高质量按期交付是项目管理的巨大挑战。推广应用多年的信息化，日渐难以满足提升项目建设期管理效率、提高运营期大数据分析经济效益、实现项目全寿命周期高标准管理的需求，“数字化”工厂是满足上述管理需求以及未来更高层次智能化需求的有效工具。实现“数字化”工厂需要搭设涵盖工程数据中心、运营数据中心、管理数据中心的数字化平台，数字化平台的各项基础数据通过文档的“数字化”予以归集，本文围绕 “数字化”文档实施予以分析。

1 “数字化”平台概述

石化工程“数字化”平台将设计、采购、施工、试运行等各阶段产生的数据、模型和文档，按预先定义的标准和规范加载至平台（见图1）。数字化交付平台负责对数据、模型和文档的质量和完整性进行检查和处理，通过在线协同工作实现图纸审查、施工文档审查、变更工作审查等业务线上管理。最终以位号为中心，二、三维数据为导航，可靠的工程信息颗粒度为基础聚合和集成在一起，形成数字化工厂信息模型。

图1 数据交付示意图

文档系统功能如下：文档管理、文档分类查询、文档属性查询、文档版本控制、文档历史记录追溯查询、文档与工厂分区结构关联查询、文档与专业分类关联查询、文档与设备关联查询、文档浏览、文档批注等。

从设计单位、施工单位、设备厂商、建设单位等不同来源收集工程移交数据、模型和文档主要内容有：设计资料包括三维模型、设计文档、工艺图纸、智能仪表数据、智能电气数据、设备等对象位号编码以及相关属性等；采购资料包括供应商资料、材质证明、制造资料、维护手册等；施工资料包括工序交接、安装记录、质量监督、各类调试、试运行等；建设单位各类管理资料等。

二、三维数字化模型是工厂基础部件展示的重要载体，通过位号编码或其他自定义规则使三维模型、P&ID数据、文档内的位号和对象编码等互相之间建立热点化的关联。最终将模型、工程位号以及相关属性参数自动识别、移交、发布到数字化交付平台，实现模型和数据的集成管理（见图2）。

图2 项目数字化交付流程图

“数字化”平台需具备文档双向协同浏览技术，即同一团队内的协同浏览成员都可向协同浏览服务器发送请求，协同浏览各成员的当前代理网页一致。除数字化平台已搭设文件结构目录外，应支持用户自定义文件结构目录树，能实现在平台中直接预览、新建、修改、删除、升版、浏览、下载、打印等操作。

石化工程“数字化”深度应达到通过手持移动终端在工厂三维模型图上，任选某一设备可查看设备属性、设备详图、安装信息、QC信息、运维情况等（见图3），任选某管道可查看管道属性、管道PFD/PID图、改造信息、实际焊道位置以及焊接安装等信息，实现文档信息便捷、高效利用。

图3 数字化三维模型信息图

2 “数字化”信息关联

工程对象和文档信息应与工程分解结构建立结构合理、层次清晰、内容完整且支持可扩展的关联关系。工程对象和文档均应按独立编号规则各自编号，两者编号应满足唯一性、可关联性[1]。

实现数字化目标，首先要实现文档信息关联。通过设备位号、管道号、线缆号、坐标等将工厂对象全生命周期的信息数据进行贯穿和关联，关联的信息数据根据需要甚至包含施工照片、视频等。

为确保文档信息完整统一，应编制《石化工程文件格式手册》基础库。以《石化工程文件格式手册》为基础搭设标准化文档结构目录，编制模型位号与标准化文档的映射关系，导入三维数字工厂平台中，实现工厂对象与数据、文档、三维模型等不同信息之间快速关联（见图4）。源文档为电子文档，应建立石化工程文件格式手册库，统一全厂文件版式。源文档为非电子文档，应扫描为电子文件；若原文档包含多种文件格式，应转化为统一格式电子文件。

图4 泵设备文档信息关联

3 “数字化”平台功能

3.1 工程文档协同

国家法规规定了工程质量终身负责制，而实现终身制负责需要工程资料及时完整归集[2]。大型石化项目建设周期较长，参建单位和参建人员更迭时而发生，导致真实有效归集工程文档难度较大。以往石化项目竣工后需长达数月的工程资料整理，而参建人员随项目完工大多调离，文档整理过程不可避免需要遗漏资料补做、补签，进而导致工程资料同步性、真实性难以保证。

现电子数据与纸质签章具备法律认可的同等效力，通过数字化平台可保证石化工程文档真实、准确、及时、完整。工程师进场签署电子文件确认书（至少包括工作范围、有效期限、承担责任内容），确认个人电子数据与纸板签字具有同等效力；工程师离场签署授权书（至少包括授权人、授权范围、授权期限、承担责任内容），实现电子文件闭环管理。

法规要求质量控制点检查前，承包商在自检合格基础上提交检查文件，监理工程师经审查无问题再赴现场检查，但实际执行往往是监理工程师现场检查合格后才收到承包商检查表予以补签。工程通常工期紧、人员少，以致上述行为成为石化工程建设领域默认“惯例”。以《石化工程文件格式手册》为基础搭设“数字化”文档平台，可使工程师摆脱繁重文字工作，使数据自动流向下游处理环节，实现工程师通过手持移动终端在线同步完成质量控制点检查表上报、验收、审批、归档（见图5），确保工程资料同步性、真实性。

图5 质量控制点验收

3.2 知识管理

组织的知识是企业的重要资源，对组织知识进行有效的动态管理，是应对企业内外部环境变化和风险的重要资源保障。ISO 9001—2015强调了对组织知识管理目的就是避免由于员工更替、未能获取和共享信息等而导致组织损失[3]。

依托 “数字化”平台定期组织管理部门、工程承包商、设备厂家、一线管理人员总结经验，借鉴中石化的《SHS 石油化工设备维护检修规程》，将常见问题及解决方案归类，运用全生命周期及设施完整性管理理念制作涵盖项目立项、初/详设、采办、工程建设到生产维护各环节的格式化、影音化（文字为辅）标准作业规程。

“数字化”平台三维场景模型（见图6）中，通过创建和增加动态的人物角色模拟装置工艺操作、运营维护操作、安全应急演练等过程，实现工厂对象“可操作”的三维可视化管理应用服务。

图6 三维场景模型

3.3 管理提质增效

现5G、数字云等技术足以支撑数字化硬件需求，具备建立全场无线网络覆盖能力。通过数字化交付，探索石化工程建设管理新模式，推动工程管理精益化，提高工程质量，实现投资精准管控。

以往项目质量管理数据依靠人工收集，耗时耗力、精确度不高且信息滞后，以致质量控制投入大而管理效果不佳。借助“数字化”平台可实现数据实时收集、实时分析，为管理部门高效提供质量趋势报告，并对高风险点予以示警。例如实时分析焊工日工作量，超出日基准及时提示管理部门予以关注，消除工人因疲劳导致焊接合格率下降风险。

利用“数字化”平台对石化工程建设的隐蔽工程、工序交接、材料发放、设备安装等ABC三级质量控制点进行全程监控，避免人为蓄意破坏事件。曾有项目个别建设工人因承包商恶意拖欠工资，心存怨恨将不规则木块杂物卡入高压弯头内并焊接管道隐蔽。卡入杂物牢固，管道试压后的吹扫工序是无法清除的，唯有切开焊口才可清除。在 “数字化”平台ABC三级质量控制点验收文件添加影音附件，可实现及时、便捷在线检查管道组对工序交接，通过多方相互监督避免此类事件；同时，也可避免质量验收影响石化工程建设连续性。

通过文档数字化交付获得的工程信息以及后期的维护和更新信息，工程人员、生产人员等通过手持移动终端在三维模型上自动显示设备、管线等工程对象的物理位置和自己所处位置，并可为工厂改扩建提供真实的数据信息如地下管网的分布、设施间距离信息等。

生产运营期，通过生产实时数据库和历史数据库信息进行对比分析，可掌握设备的运行状况，制定科学的设备维护计划，防止重大设备损坏和非计划停机事件发生。根据数字化平台提供的备品备件信息、设备信息、维修数据等，能够有效提高检修维护的工作效率，降低检修维护成本，保证设备的完好率，延长设备使用寿命。

4 结束语

如何降低项目生命周期成本、提高项目整体效益，数字化是有效工具。通过数字化工作，将项目生命周期内各阶段孤立的、分散的文档信息整合在三维模型上，在深度浸入的场景中多角度、多形式的协同工作，挖掘大数据信息价值。通过文档信息的数字化，建立与现实工厂完全一致的数字化工厂，为生产运营精细化管理、更新改造及培训提供技术支持，实现企业降本增效、提质增效目的。